基于Web of Science的近5年公路路基研究熱點可視化分析

楊星明

(蘭州交通大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730070)

隨著科技的快速發(fā)展，道路工程領(lǐng)域的知識更新速度也越來越快，與路基工程相關(guān)的新理論、新方法、新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料等不斷涌現(xiàn)[1]，因此有必要對近5年路基工程的國內(nèi)外研究工作進展情況進行梳理.Citespace是一款可視化的文獻分析軟件，目前已在社會學、統(tǒng)計學、醫(yī)學等多個領(lǐng)域得到廣泛運用，但在工程領(lǐng)域的運用較少.本文通過Citespace 軟件，借助Web of Science核心數(shù)據(jù)庫對國內(nèi)外2016—2020年公路路基研究的熱點、研究趨勢進行分析，可為國內(nèi)路基的研究提供參考.

1 資料與方法

1.1 資料來源與檢索

以 Web of Science 核心合集為研究數(shù)據(jù)來源，采用主題——subgrade or roadbed or bed or substructure or foundation 和主題——road or highway，不限定語種和文獻類型，設(shè)定檢索時間范圍為2016—2020年，進行文獻資料的檢索. 共獲取研究文獻1 487篇.每項結(jié)果以全紀錄及引用的參考文獻的純文本格式下載[2].

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

將相關(guān)數(shù)據(jù)導入Citespace 5.7.R2(64-bit).參數(shù)設(shè)置：時間設(shè)定為2016—2020年，時間切片設(shè)置為1，主題詞來源選擇題目、摘要、作者、關(guān)鍵詞、關(guān)鍵詞ID，節(jié)點類型中依次選取作者、機構(gòu)、國家、關(guān)鍵詞、被引文獻、作者，逐步進行共現(xiàn)分析 .

為使讀者更好地理解本文，現(xiàn)將后文涉及的專有名詞進行說明：中心度即中介中心度，強調(diào)該點在其他點之間的調(diào)節(jié)能力，同時作為其他點聯(lián)系的橋梁.在網(wǎng)絡(luò)分析中，衡量1個點作為橋的能力指標就是中心度[3]，中心度越高該點的媒介能力越強.

2 結(jié)果分析

2.1 年發(fā)文量分析

通過檢索共獲得公路路基文獻1 487篇，通過人工篩選及CiteSpace去重，剩余文獻1 397篇.年均發(fā)文量為279篇.從發(fā)文趨勢來看，2016—2020年發(fā)文量整體呈上升趨勢(見圖1)，2020年發(fā)文量達到了386篇，為2016年的2倍.預(yù)計今后幾年的發(fā)文量仍有上升的趨勢.

圖1 2016—2020年公路路基年發(fā)文量分析

2.2 發(fā)文期刊與被引期刊

發(fā)文量排名前五的期刊為：Transpor-TationResearchRecord(34篇)，Sustainability(32篇)，AdvancesinCivilEngineering(30篇)，InternationalJournalofPavementEngineering(30篇)，ConstructionandBuildingMaterials(29篇).其中Transpor-TationResearchRecord為道路工程專業(yè)期刊，屬于JCR4區(qū)，CiteScore為1.8.由期刊收錄數(shù)據(jù)可知：論文分布的主要期刊為土木工程學1 141篇，材料科學207篇；發(fā)文期刊較為分散，對于公路路基的研究面較廣，并無核心的發(fā)文期刊.

期刊被引頻次前五的期刊為：TransportationResearchRecord(330次)，ConstructionandBuildingMaterials(258次)，JournalofGeotechnicalandGeoenvironmentalEngineering(237次)，CanadianGeotechnicalJournal(191次)，JournalofMaterialsinCivilEngineering(181次).在CiteSpace得到節(jié)點數(shù)514、連線數(shù)546的期刊共被引圖譜(見圖2).

中心度前五的期刊為：WaterResourcesResearch(0.50)，SoilScienceSocietyofAmericaJournal(0.44)，JournalofTheamericanWaterResourcesAssociation(0.38)，EngineeringGeology(0.37)，EcologicalApplications(0.34).綜合分析中心度排名前五期刊中的相關(guān)論文，主要涉及道路路基填料性能的研究.

圖2 期刊共被引圖譜

2.3 發(fā)文國家和機構(gòu)

用Citespace軟件選擇Country(國家)分析，結(jié)果顯示發(fā)文量前五的國家為中國、美國、澳大利亞、英國和加拿大，發(fā)文量分別為485、321、82、81、79篇.Citespace 中心度前五的國家為美國0.46、英國0.34、澳大利亞0.22、中國0.15、法國0.15.Citespace得到節(jié)點96、連線數(shù)92的國家合作關(guān)系圖譜，如圖3所示. 由圖3可知：中美發(fā)文量雖然多，但其連線較少，說明中美兩國與其他國家的合作還比較少；反觀奧地利，在發(fā)文量上雖不如中美兩國，但其連線較多，說明其注重與其他國家的合作.

圖3 國家(地區(qū))合作關(guān)系圖譜

用Citespace軟件選擇Insitution(機構(gòu))分析，得到節(jié)點96、連線數(shù)92的研究機構(gòu)合作關(guān)系圖譜(見圖4)，結(jié)果顯示發(fā)文數(shù)量前五的發(fā)文機構(gòu)是Changan Univ.(長安大學，52篇)，Chinese Acad Sci(中國科學院，40篇)，Southeast Univ.(東南大學，28篇)，Hohai Univ.(河海大學，20篇)，Tongji Univ.(同濟大學，19篇).Citespace 中心度前五的為Changan Univ.(長安大學，0.21)，Chinese Acad Sci(中國科學院，0.15)，Southeast Univ.(東南大學，0.11)，Beijing Jiaotong Univ.(北京交通大學，0.11)，Tsinghua Univ.(清華大學，0.10).綜合分析可知，無論是發(fā)文機構(gòu)還是中心度，前五名機構(gòu)均來自中國，均為我國土木工程學科強勢院校，其中長安大學作為我國道路工程重點院校，長期從事公路路基研究，對我國公路的發(fā)展具有重大影響，其近年來在多年凍土、黃土、沙漠地區(qū)等特殊路基研究方面取得了重要成果.

圖4 研究機構(gòu)合作關(guān)系圖譜

2.4 作者

用Citespace軟件選擇Auther(作者)分析，結(jié)果顯示發(fā)文量前五的作者為：Arul Arulrajah (10篇)，Suksun Horpibulsuk(8篇)，Haibin Wei(6篇)，Leilei Han (6篇)，Junhui Zhang (4篇).Arul Arulrajah和Suksun Horpibulsuk教授均來自于Swinburne University of Technology(威斯本科技大學，澳大利亞)，其論文主要集中于固體廢棄物在公路路基的回收利用，如對廢舊輪胎、回收石膏板、咖啡渣、再生玻璃、再生混凝土的路用性能研究[4-8].來自吉林大學的Haibin Wei 、Qinglin Li教授主要集中于對季節(jié)性凍土區(qū)復(fù)合地基抗寒性能的研究[9-10].發(fā)文量第五來自長沙理工大學張軍輝教授，其論文主要研究方向有建筑廢棄物在公路路基中的回收利用[11]、路基永久變形的分析預(yù)測[12-13].Citespace得到節(jié)點235、連線194的作者合作關(guān)系圖譜(見圖5)，可以看到：作者之間的合作以校內(nèi)為主，缺乏高校之間的交流合作.

圖5 作者合作關(guān)系圖譜

2.5 文獻共被引

用Citespace軟件選擇Reference分析，得到節(jié)點數(shù)280，連線數(shù)447的作者與文獻共被引圖譜(見圖6).共被引頻次和中心度前5的文獻見表1～2，共被引是指2篇文章被另一篇文章同時引用，則該2篇文章即為共被引[14].根據(jù)表1～2可知，共被引頻次和中心度前五文獻的研究內(nèi)容均為公路路基方向，其中長沙理工大學張軍輝教授所發(fā)文章無論在共被引頻次還是中心度都名列前茅，由此可反應(yīng)出張軍輝教授團隊對于公路路基有著出色的研究能力，也從側(cè)面反映出長沙理工大學在道路工程方向強勁的科研能力.

圖6 作者與被引文獻共現(xiàn)圖譜

2.6 熱點與前沿

用Citespace軟件選擇Key words分析，得到節(jié)點數(shù)318、連線數(shù)426的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜(見圖7).頻次前5的是特性(behavior，116次)，模型(model，97次)，性能(performance，81次)，土(soil，67次)，系統(tǒng)(system，56次).中心度前5是發(fā)展(evolution，0.28),水文(hydrology，0.21)，運動(movement，0.20)，承載能力(bearing capacity，0.19)，水泥(cement，0.17).在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜的基礎(chǔ)上選擇Find clusters運行，運行完成后選擇Label clusters with indexing terms 即可得出關(guān)鍵詞聚類圖譜(見圖8).聚類是將多個密切相關(guān)的關(guān)鍵詞聚合在一起，形成一個個不規(guī)則的區(qū)域，每個區(qū)域都有1個序號及名稱，序號越小，聚類包含的關(guān)鍵詞越多[15]，關(guān)鍵詞聚類分析的結(jié)果見表3.

表1 2016—2020年共被引頻次排名前5的被引文獻

表2 共被引用中心度排名前5名的被引文獻

表3 關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果

圖7 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖8 關(guān)鍵詞聚類圖譜

0#聚類主要研究內(nèi)容為公路路基沉降分析，核心作者為長沙理工大學張軍輝教授，其主要研究包括基于干涉雷達(INSAR)高速公路軟土地基沉降監(jiān)測、廢棄建筑材料填充路基永久變形預(yù)測.

1#聚類主要內(nèi)容為公路路基抗震性能研究公路路堤土液化性能研究，主要為在地震荷載下路堤土壤液化引起路基失穩(wěn)，因此對土壤液化評價已成為眾多研究者的重點研究對象，常用于土壤液化評價的試驗有CPT、SPT及CPTU，代表作者為東南大學杜廣印教授.

2#聚類研究為在修筑道路中對特殊路基的處理，主要包括對軟土地基、膨脹土地基、凍土地區(qū)地基處理，核心作者為吉林大學魏海斌教授.

3#聚類研究為固體廢棄物在路基中的應(yīng)用，如電石渣、粉煤灰、爐渣、廢舊輪胎、建筑廢棄物等對路基性能的改善，代表性作者為Arul Arulrajah教授.

4#聚類研究內(nèi)容為椰殼土工布，此種土工布是由椰子殼中的纖維聚合而成，相比其他天然土工布耐久性更強，能有效提高路基CBR值、減少路基沉降，此領(lǐng)域的核心作者為印度特里凡得瑯大學Sayida M K教授.

選擇Timezone view顯示關(guān)鍵詞動態(tài)演化，如圖9所示.2016年是軟土、紅黏土、膨脹土、凍土的路基施工和處理；2017年是路基沉降、粉煤灰、固體廢棄物路用性能研究；2018年是路基沉降變形、數(shù)值模擬、石灰改良；2019年是路基沉降變形、雷達檢測、建筑廢棄物；2020年是路基改良、數(shù)值模擬、建筑廢棄物.預(yù)測未來的研究方向仍然是固體廢棄物的路用性能研究.

圖9 關(guān)鍵詞動態(tài)前沿演化

3 結(jié)論

1) 本文反映公路路基的研究仍較為熱門，發(fā)文量仍有上升的趨勢.期刊主要來源于土木工程學、材料學相關(guān)期刊，收錄最多的期刊是Transportation Research Record，為道路工程的專業(yè)期刊，有助于道路研究者追蹤道路路基的最新研究及投稿選刊.

2) 中國是發(fā)文量最多的國家,其次是美國，中美發(fā)文量約全部發(fā)文量57.7%，但中美同其他國家合作較少，缺乏同其他各國的交流，反觀澳大利亞及歐洲國家雖發(fā)文不多，但較為重視跨國合作.

3) 文獻高產(chǎn)機構(gòu)前5均來自于中國各高校及研究所，其中長安大學作為道路工程強勢院校，無論在發(fā)文量以及中心度都名位列第一，同時也從側(cè)面反應(yīng)出長安大學得天獨厚的教學資源、實驗設(shè)施及對公路路基研究的重視.

4) 高產(chǎn)作者為澳大利亞的Arul Arulrajah 教授，其主要研究方向為固體廢棄物在公路路基中的應(yīng)用，我國的高產(chǎn)作者為吉林大學的魏海斌教授及長沙理工大學張軍輝教授，研究方向分別為凍土本地區(qū)路基的保溫及路基沉降預(yù)測.

5) 文獻的共被引頻次越高，中心度越大，更能展現(xiàn)出公路路基領(lǐng)域作者、文獻、期刊的影響力，通過文獻共被引分析，張軍輝教授的文章共在被引和中心度上都名列前茅，表明張教授對于公路路基的研究得到認可，也從側(cè)面反應(yīng)了長沙理工大學道路工程學科的綜合實力.

6) 本文通過對關(guān)鍵詞的共現(xiàn)及聚類進行分析，近5年的研究熱點為公路路基沉降分析、公路路基液化性能研究、特殊路基處理、固體廢棄物、椰殼土工布在路基中的應(yīng)用，對固體廢棄物如電石渣、粉煤灰、爐渣、廢舊輪胎、建筑廢棄物的路用性能研究仍為今后幾年的研究熱點.